Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng đập ngầm ở các hải đảo phục vụ khai thác và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất, ứng dụng cho..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng đập ngầm ở các hải đảo phục vụ khai thác và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất, ứng dụng cho..

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐÌNH THANH NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG ĐẬP NGẦM Ở CÁC HẢI ĐẢO PHỤC VỤ KHAI THÁC VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT, ỨNG DỤNG CHO ĐẢO PHÚ QUÝ TỈNH BÌNH THUẬN Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Mã số chuyên ngành: 62-44-92-01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
2. Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Cao Đơn Người hướng dẫn khoa học 2: TS Lê Viết Sơn Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Kiên Dũng Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Mai Đăng Phản biện 3: TS Hoàng Văn Hoan Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại vào lúc giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
3. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Nước ta có rất nhiều đảo lớn nhỏ. Đảo và quần đảo của Việt Nam có ý nghĩa quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và đóng vai trò lớn lao trong công cuộc bảo vệ chủ quyền và toàn vẹn lãnh thổ của Tổ quốc, là vị trí chiến lược, là cầu nối vươn ra biển cả, là điểm tựa khai thác các nguồn lợi biển. Đảo Phú Quý là một huyện đảo của tỉnh Bình Thuận. Từ vị trí đảo Phú Quý, với trạm ra-đa quan sát biển có thể kiểm soát toàn bộ tuyến đường hàng hải quốc tế từ Thái Bình Dương qua Ấn Độ Dương. Với vị trí địa lý và tiềm năng phát triển lớn lao như vậy, trong Chiến lược biển và Chương trình phát triển kinh tế Biển Đông và hải đảo, Phú Quý được xác định là một trong những đảo trọng điểm trong hệ thống các đảo của Việt Nam cả về kinh tế và quốc phòng. Do cấu tạo địa hình nên trên đảo không có dòng chảy mặt thường xuyên. Hiện nay nước ngầm là nguồn cấp nước chính cho toàn đảo. Cùng với sự phát triển của dân sinh, kinh tế thì nhu cầu sử dụng nước ngày càng gia tăng dẫn đến việc không đảm bảo trữ lượng nước dưới đất và nguy cơ xâm nhập mặn nếu không có biện pháp phát triển nguồn nước dưới đất và ngăn chặn xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước khai thác. Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp phát triển nguồn nước, như định hướng trong luận án là sử dụng đập ngầm để ngăn mặn và giữ ngọt cho đảo Phú Quý là rất cần thiết. Các nghiên cứu về tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam chủ yếu thông qua điều tra, khảo sát và chưa có các đánh giá về xâm nhập mặn với phương án cụ thể dùng đập ngầm để ngăn đẩy mặn và trữ ngọt. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng đập ngầm ở các hải đảo phục vụ khai thác và bảo vệ tài nguyên nước dưới đất, ứng dụng cho đảo Phú Quý tỉnh Bình Thuận” rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu (1) Xây dựng được cơ sở khoa học xây dựng đập ngầm trên các đảo; (2) Ứng dụng cơ sở khoa học đã xây dựng cho đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận. 1
4. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là tài nguyên nước dưới đất và giải pháp đập ngầm. Phạm vi nghiên cứu là toàn bộ diện tích đảo Phú Quý. 4. Phương pháp nghiên cứu Song song với việc kế thừa, áp dụng có chọn lọc sản phẩm khoa học và công nghệ hiện có, luận án đã sử dụng phương pháp thí nghiệm trong phòng và sử dụng phương pháp mô hình mô phỏng. Luận án còn sử dụng các công cụ hỗ trợ khác như hệ thống thông tin địa lý để hỗ trợ xử lý số liệu và kết quả tính toán. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu Luận án xây dựng được tiêu chí để xây dựng đập ngầm, cơ sở lý thuyết để đánh giá tổng hợp tài nguyên nước mặt, nước dưới đất và xâm nhập mặn, từ đó đánh giá một cách khoa học và định lượng được ảnh hưởng của việc xây dựng đập ngầm tới tài nguyên nước khu vực nghiên cứu. Việc tính toán mô phỏng cho đảo Phú Quý khẳng định tính đúng đắn của phương pháp tính toán và hiệu quả của giải pháp đập ngầm đối với đảo Phú Quý nói riêng và với các vùng ven biển và hải đảo nói chung. 6. Những đóng góp mới của luận án 1) Góp phần hoàn thiện được cơ sở khoa học của việc xây dựng đập ngầm ở các hải đảo; 2) Đề xuất phương pháp tính toán và lượng hóa tác động của đập ngầm đến nước dưới đất và xâm nhập mặn của đảo Phú Quý. 7. Bố cục của luận án Để thể hiện các kết quả nghiên cứu của luận án, ngoài phần Mở đầu và Kết luận, bố cục của luận án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về xây dựng đập ngầm. Chương này đã tổng quan được tình hình áp dụng giải pháp đập ngầm trên thế giới và ở Việt Nam, đánh giá được đặc tính, ưu thế của đập ngầm. Ở Việt Nam chưa có hồ chứa nước ngầm nào 2
5. được xây dựng nên chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về tính toán khi xây dựng đập ngầm. Chương 2: Cơ sở khoa học của việc xây dựng đập dâng nước ngầm. Thí nghiệm mô hình được thực hiện để định tính hóa khả năng ngăn mặn và giữ ngọt của đập. Chương này cũng mô tả các điều kiện cần thiết khi nghiên cứu xây dựng đập ngầm và xây dựng ba tiêu chí đánh giá hiệu quả của đập và xây dựng được phương pháp tổng quát giải bài toán tích hợp nước mặt, nước dưới đất và xâm nhập mặn. Các điều kiện cần thiết để có thể ứng dụng giải pháp xây dựng đập ngầm cũng được phân tích và thảo luận. Chương 3: Ứng dụng mô hình toán tổng hợp đánh giá tài nguyên nước cho đảo Phú Quý và đề xuất giải pháp đập ngầm. Chương 3 giới thiệu vùng nghiên cứu và đánh giá sự phù hợp của giải pháp đập ngầm đối với đảo Phú Quý, sau đó đi sâu vào việc thiết lập bài toán tương tác nước mặt - nước ngầm cho đảo. Mô hình sau khi được kiểm định đã được sử dụng để mô phỏng các kịch bản chưa có đập, có đập, có xét tới biến đổi khí hậu, từ đó đánh giá được hiệu quả của việc xây dựng đập ngầm. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP DÂNG NƯỚC NGẦM 1.1 Khái niệm Đập dâng nước ngầm là công trình ngầm dưới đất được thiết kế để dâng dòng chảy nước ngầm tự nhiên, nhằm tạo hồ chứa ngầm trong các tầng chứa nước phục vụ các nhu cầu dùng nước. Các loại vật liệu sau có thể sử dụng để xây dựng đập bao gồm: đất sét, bê tông, đá tảng, bê tông cốt thép, gạch, nhựa, nhựa đường, thép tấm, tôn hoặc nhựa PVC, v.v 1.2 Tổng quan về giải pháp đập ngầm trên thế giới Có một số công trình áp dụng cộng nghệ đập ngầm đã được xây dựng ở một số nước như Nhật Bản, Brazin, các nước Châu Phi (1) Tại Kitui, phía Đông Kenya, từ năm 1995, SASOL (Sahelian Solutions Foundation) đã tiến hành xây dựng các đập dâng nước ngầm, và đến nay đã có hơn 500 đập nhỏ đã được xây 3
6. dựng. Các đập này được xây dựng bằng kỹ thuật đơn giản không tốn kém bởi người dân bản địa và nguồn vật liệu có sẵn tại địa phương. (2) Tại vùng đông bắc Brazil, do lượng mưa không đều và hạn hán kéo dài, tình trạng khan hiếm nước nhằm đáp ứng nhu cầu nước trở nên rất nghiêm trọng. Đã có hơn 500 đập đã được xây dựng trong những năm 1990. Trong số 151 đập ngầm được khảo sát có tới 37% công trình cơ bản không hoạt động, hơn 13% công trình ở trạng thái tốt nhưng được ít sử dụng vì nguồn nước mặt sẵn có. 50% công trình còn lại đang được sử dụng phục vụ nhu cầu cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi gia súc và cấp nước tưới quy mô nhỏ. (3) Tại Nare, Burkina Faso (một nước nhỏ ở châu Phi): Dự án thử nghiệm xây dựng đập ngăn nước ngầm để chống sa mạc hóa do Nhật Bản thực hiện từ năm 1995 đến 2004 tại làng Nare và sau đó được nhân rộng ra toàn bộ vùng Burkina Faso. Sau khi dự án hoàn thành, nước ngầm được trữ từ từ vào khu vực hồ chứa nhưng với tốc độ thấp hơn so với dự kiến, nguyên nhân là do có sự mất nước do thấm qua nền đá khu vực. (4) Tại Nhật Bản: năm 1993, trên quần đảo Miyakojima đã hoàn thành dự án xây dựng đập ngầm Sunagawa. Theo kết quả quan trắc, ngay sau khi đập hoàn thành, nồng độ nitrate nitrogen tăng cao tại khu vực thượng lưu đập ngầm. * Qua tổng quan cho thấy, các vấn đề thường gặp khi xây dựng đập gồm (1) lựa chọn sai vị trí đập ngầm dẫn đến trữ lượng nước ngầm tiềm năng của khu vực không được khai thác đầy đủ; (2) sự phức tạp của địa chất dẫn đến sự mất nước do thấm hoặc công trình không cung cấp đủ trữ lượng do chất lượng nước kém. 1.3 Tổng quan về các giải pháp bổ cập nước dưới đất ở Việt Nam Các nghiên cứu về xây dựng đập ngầm ở Việt Nam, đặc biệt là ở các vùng hải đảo không có nhiều (thể hiện bằng các công bố trong và ngoài nước), mà chủ yếu tập trung vào các đề tài nghiên cứu gắn với công tác điều tra đánh giá tài nguyên nước ngầm. Một số nghiên cứu tiêu biểu của PGS. Đoàn Văn Cánh đã nghiên cứu đề xuất các giải pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên nước vùng Tây Nguyên và giải pháp thu gom nước mưa đưa vào lòng đất phục vụ chống hạn và bổ sung nhân tạo nước ngầm. TS. Ngô Hà Sơn (2008) đã đề xuất giải pháp kỹ thuật thu giữ nước ngọt trong các lớp địa tầng san hô trên đảo nổi Trường Sa 4
7. Đông và sử dụng có hiệu quả nước ngọt trên đảo nhằm cải tạo môi trường. Tuy vậy, kết quả của nghiên cứu cũng chỉ đặc trưng cho vùng đảo Trường Sa Đông mà không có khái quát hoá thành lý thuyết cho các vùng đảo khác có thể ứng dụng công nghệ này. 1.4 Những khoảng trống trong nghiên cứu đập ngầm ở Việt Nam Ở Việt Nam chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về tính toán để xây dựng đập ngầm. Hầu hết các nghiên cứu là các đề tài khoa học gắn với các giải pháp đề xuất, cũng như chưa có các đánh giá cụ thể, định lượng về khả năng và hiệu quả của đập ngầm. Các nghiên cứu về địa chất, địa chất thuỷ văn hầu hết chỉ đánh giá riêng về nước dưới đất, không có những đánh giá về sự liên kết giữa nước mặt và nước dưới đất. Trong thực tế, chưa có đập ngầm nào được xây dựng trên các vùng hải đảo ở Việt Nam. Chưa có hồ chứa nước ngầm nào được xây dựng, nên chưa có cơ sở khoa học nào được đưa ra. Trên thế giới các đập ngầm chủ yếu được xây dựng trong những năm 70 đến 90 của thế kỷ trước, khi đó công cụ tính toán và máy tính chưa phát triển. Các tính toán đều áp dụng mô hình hồ chứa đơn giản. Hơn nữa chưa có cơ sở khoa học nào về xây dựng đập ngầm được công bố qua các bài báo khoa học ở Việt Nam. Các nghiên cứu về tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam chủ yếu đánh giá về nguồn nước thông qua điều tra, khảo sát và chưa có các đánh giá về xâm nhập mặn với phương án cụ thể dùng đập ngầm để ngăn đẩy mặn và trữ ngọt. 1.5 Kết luận chương 1 Ý tưởng giữ ổn định nước dưới đất, lưu trữ lại để sử dụng trong giai đoạn thiếu hoặc khai thác nước mặt khó khăn cũng như mong muốn tìm ra một biện pháp ngăn chặn sự xâm nhập mặn của nước biển vào nguồn nước nhạt sẵn có đã dẫn đến giải pháp xây dựng đập ngầm. Các đập ngầm chủ yếu được xây dựng trong những năm 70, 80, 90 của thế kỷ 20, khi đó công cụ tính toán và máy tính chưa phát triển. Các tính toán theo mô hình hồ chứa đơn giản và chưa có cơ sở khoa học nào được công bố. Ở Việt Nam chưa có hồ chứa nước ngầm nào được xây 5
8. dựng nên chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về tính toán khi xây dựng đập ngầm. Các nghiên cứu về tài nguyên nước dưới đất ở Việt Nam chủ yếu thông qua điều tra, khảo sát và chưa có các đánh giá về xâm nhập mặn với phương án cụ thể dùng đập ngầm để ngăn đẩy mặn và trữ ngọt. Do vậy, việc thực hiện nghiên cứu như đã đặt ra là mới và mang tính khoa học và thực tiễn cao. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC XÂY DỰNG ĐẬP NGẦM TRÊN ĐẢO 2.1 Một số đặc điểm về tài nguyên nước trên các đảo Những đặc điểm chính của biển đảo Việt Nam là có khí hậu nhiệt đới. Nguồn nước trong các đảo vừa và nhỏ bao gồm: nước mưa, nước mặt và nước dưới đất. Nước mưa rơi trên bề mặt đảo phần lớn theo bề mặt thoát ra biển, một phần thấm xuống đất. Hiện tại nguồn tài nguyên nước trên hầu hết các đảo và quần đảo Việt Nam đang gặp khó khăn. Trên các đảo có người sinh sống, lượng nước hầu hết chưa đủ cung cấp nhu cầu cho người dân. Các đảo vừa và nhỏ tài nguyên nước mặt hạn chế, nước dưới đất được bao quanh bởi nước mặn nếu khai thác không hợp lý sẽ dẫn tới xâm nhập mặn. Từ đó để khai thác có hiệu quả tài nguyên nước cần thiết tiến hành các công tác nghiên cứu một cách toàn diện các nguồn nước, trong đó có nguồn nước dưới đất. 2.2 Thí nghiệm trong phòng để đánh giá trực quan hiệu quả của đập ngầm Để sơ bộ đánh giá hiệu quả của đập ngầm, luận án đã xây dựng một thí nghiệm trong phòng với mục đích: (i) Kiểm chứng về mặt định tính các khả năng của đập ngầm về các mặt: nâng cao mực nước, gia tăng trữ lượng nước nhạt và ngăn, đẩy mặn; (ii) Kiểm tra tính phù hợp của việc áp dụng mô hình tính toán thủy văn nước ngầm và xâm nhập mặn vào khu vực nghiên cứu. Thí nghiệm được tiến hành trong một bề chứa có kích thước chiều ngang 100cm, chiều cao 55 cm và chiều rộng là 10 cm (Hình 2.3). Bể chứa được chứa các hạt thủy tinh với đường kính khoảng 1.2mm. Nước nhạt và nước mặn được cung cấp với lưu lượng không đổi đến từng bể chứa tương ứng. Vị trí đập ngầm được đặt 6
9. ở bể chứa chính cách bể chứa nước mặn 20cm. Trong thí nghiệm đập ngầm, hai tường chống thấm với độ cao đỉnh là 40 và 20cm tính từ đáy bể được sử dụng. Hình 2.7 và 2.9 so sánh kết quả tính toán và thí nghiệm trạng thái của nêm mặn ngọt khi có tường chắn. Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm Hình 2.7 So sánh trực quan kết quả tính toán (trái) và trạng thái của nêm mặn ngọt (phải), T=1,2 ngày c) Mô phỏng trạng thái của nêm mặn d) Kết quả thí nghiệm trạng thái của ngọt khi T ≥ 3,6 ngày nêm mặn ngọt, T ≥ 3,6 ngày Hình 2.9 Kết quả mô phỏng và thí nghiệm vật lý thực tế 7
10. a) Tường chắn cao 45 cm b) Tường chắn cao 20 cm Hình 2.10 So sánh khả năng dâng cao mực nước và tăng dung tích trữ nước của tường chắn Tại thời điểm T ≥ 3,6 ngày, phía hạ lưu tường, lưỡi mặn đã hoàn toàn bị khối nước ngọt đẩy lùi về phía trái. Để đánh giá khả năng dâng cao mực nước và tăng dung tích trữ nước của tường chắn, thí nghiệm được tiếp tục thực hiện với tường chắn cao 45 cm. So sánh trực quan kết quả cho thấy là tường chắn cao hơn sẽ làm tăng cao mực nước và dung tích trữ nước ngọt. 2.2.1 Nhận xét So sánh trực quan cho thấy kết quả tính toán mô phỏng khá tốt các kết quả thí nghiệm. Điều này minh chứng rằng việc sử dụng các mô hình MODFLOW để mô phỏng dòng chảy ngầm trong môi trường lỗ hổng và mô hình SEAWAT để mô phỏng quá trình xâm nhập mặn từ nước mặn vào hệ thống nước ngọt trong môi trường lỗ hổng kể trên là rất phù hợp và sẽ được áp dụng là các mô hình trung tâm trong các chương tiếp theo của luận án. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi chưa có tường chắn, nước mặn di chuyển tự do và xâm nhập vào tầng chứa nước ngọt. Tường chắn đã ngăn chặn được nước mặn xâm nhập vào tầng chứa nước ngọt và hơn nữa làm dâng cao mực nước ngọt. Đây là kết quả mới minh chứng về mặt định tính công dụng của đập ngầm về các mặt: ngăn mặn, giữ nước ngọt và nâng cao mực nước dưới đất. 2.3 Điều kiện cần thiết để chọn vị trí xây dựng đập ngầm Một số yêu cầu sơ bộ khi chọn vị trí xây dựng đập ngầm bao gồm các điều kiện chính như sau: 1) Điều kiện về địa chất: (i) Sự phân bố của các lớp địa chất phải 8
11. hợp lý sao cho độ rỗng và hệ số thấm đạt hiệu quả trong việc tích trữ và thu nhận nước. (ii) Nền của đáy hồ phải là tầng không thấm hoặc ít thấm. (iii) Chiều dày địa tầng (tầng chứa nước): Tầng chứa nước không quá sâu để thi công dễ dàng và kinh tế, đảm bảo hiệu quả của công trình. 2) Điều kiện về địa chất thủy văn: (i) Sự xuất hiện của nước ngầm tầng nông với tính lưu động cao. (ii) Nước mặt dễ dàng bổ cập xuống nước ngầm. 3) Điều kiện về môi trường nước: Chất lượng nước phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn sử dụng. 2.4 Mô hình tích hợp nước mặt – nước ngầm để lượng hóa hiệu quả của đập ngầm 2.4.1 Ba tiêu chí để đánh giá hiệu quả của đập ngầm, bao gồm (1) Khả năng dâng cao mực nước dưới đất trên đảo trước và sau khi xây dựng đập ngầm; (2) Khả năng gia tăng trữ lượng nước dưới đất; (3) Khả năng gia tăng thể tích nước nhạt. 2.4.2 Phát triển mô hình tích hợp nước mặt – nước ngầm Mô hình dòng chảy nước dưới đất là mođun chính của mô hình tổng hợp. Lượng nước bổ cập từ dòng chảy mặt được xác định thông qua các mô hình cân bằng dòng chảy mặt. Mô hình về dòng chảy nước dưới đất có thể được sử dụng để mô phỏng chế độ thủy động lực học của dòng chảy ngầm. Được tích hợp với các mô hình dòng chảy nước dưới đất là các mô đun về chất lượng nước và xâm nhập mặn. Do có hiện tượng tương tác giữa nước mặt và nước ngầm nên việc chính xác hóa lượng nước mặt bổ cập xuống hệ thống nước ngầm (dưới đây gọi là lượng nước bổ cập) mang tính quan trọng trong bài toán thủy văn dòng chảy ngầm. Trong luận án, việc tính toán lượng nước bổ cập sử dụng cả ba phương pháp: + Sử dụng mô hình SWAT: kết quả tính toán sẽ chính xác hơn nhưng yêu cầu về số liệu đầu vào rất chi tiết. Luận án áp dụng và lấy mô hình MODFLOW là trung tâm. Sử dụng mô hình SWAT để tính toán sơ bộ, ước lượng giá trị bổ cập ban đầu để cập nhật vào đưa vào mô đun RCH (Recharge) của MODFLOW nhằm giảm thời gian tính toán và chi tiết hóa được các vùng bổ cập. 9
12. + Sử dụng mô đun RCH của MODFLOW trong đó lượng nước bổ cập được tính theo cách đơn giản và có xét đến hiện trạng sử dụng đất bề mặt. + Sử dụng phương pháp biến động mực nước ngầm cải biên WTFM: tính toán lượng bổ cập thông qua phân tích các biến động mực nước trong các giếng quan trắc, xét tới lượng mưa trong thời gian bổ cập, và xét tới ảnh hưởng của sự suy giảm mức nước trong quá trình bổ cập. 2.4.2.1 Các phương pháp xác định lượng nước bổ cập a) Phương pháp 1: mô hình dòng chảy mặt (SWAT) Lượng bổ cập được tính toán bằng cách sử dụng các phương pháp mô hình dòng chảy mặt có xét đến lớp phủ bể mặt và các loại đất đá. Chu trình thuỷ văn được mô tả dựa trên phương trình cân bằng nước tổng quát như sau: t (2-8) SSRQEQWW(W)t 0  day s ur f a s ee p g w i 1 Lượng nước bổ cập được xác định như sau: tt (2-9) WWW()seep SSRQEQ0 t day surf a gw ii 11 Trong đó: SWt: Tổng lượng nước tại cuối thời đoạn tính toán (mm), SWo: Tổng lượng nước ban đầu tại ngày thứ i (mm), t: Thời gian (ngày), Rday: Tổng lượng mưa tại ngày thứ i (mm), Qsurf: Tổng lượng nước mặt của ngày thứ i (mm), Ea: Lượng bốc thoát hơi tại ngày thứ i (mm), Wseep: Lượng nước đi vào tầng chứa nước ngầm tại ngày thứ i (mm), Qgw: Lượng nước hồi quy tại ngày thứ i (mm). Để giải phương trình trên cần phải có dữ liệu cơ sở về bề mặt địa hình, thảm phủ, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất, tài liệu khí tượng, thủy văn. Một trong số các kết quả đầu ra là các giá trị bổ cập (Wseep) xuống tầng chứa nước dưới đất. Khi sử dụng tích hợp mô hình SWAT và mô hình MODFLOW, trong thực tế có hai khả năng có thể xảy ra: (1) Khi có đầy đủ số liệu để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình SWAT: thì kết quả của mô hình SWAT là lượng thấm (Wseep) có thể được dùng là các giá trị ban đầu 10
13. của mô hình MODFLOW. Tuy nhiên, do có sự hỗ trợ của mô hình SWAT, thời gian để thử sai khi áp dụng mô hình MODFLOW sẽ được rút ngắn hơn so với trường hợp (2) dưới đây. (2) Khi không có đầy đủ số liệu: trong thực tế, trên các đảo, dòng chảy mặt chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn sau khi mưa, nên việc quan trắc dòng chảy mặt là rất khó khăn và dữ liệu sẽ không liên tục. Kết quả sơ bộ của mô hình SWAT là lượng thấm (Wseep) vẫn được sử dụng là các giá trị ban đầu của mô hình MODFLOW. b) Phương pháp 2: Xác định lượng bổ cập bằng mô đun RCH của MODFLOW Bổ cập ứng dụng cho mô hình được xác định theo công thức: QRi,, j I i j DELR j DELC i (2-10) Trong đó: QRi,j là lưu lượng bổ cập được áp dụng cho mô hình tại vị trí ô lưới 3 -1 (i,j) (L T ); Ii,j lưu lượng bổ cập đơn vị. Giá trị của dòng bổ cập, Ii,j được xác định bởi người sử dụng ở mỗi thời kỳ cao điểm. Lưu lượng bổ cập được tính toán theo tỷ lệ % của lượng mưa rơi trên khu vực phụ thuộc vào điều kiện thảm phủ. c) Phương pháp 3: Xác định lượng bổ cập dựa trên phương pháp biến động mực nước cải biên (WTFM). Việc xác định lượng bổ cập dựa trên phương pháp biến động mực nước (WTF) hiện tại được ước tính bằng công thức: R(tj) = Sy* DH(tj) (2-11) Trong đó: R(tj): là lượng bổ cập xảy ra trong thời điểm từ t0 đến tj, Sy là hệ số nhả nước trọng lực. DH(tj) là mực nước tăng lên trong thời gian bổ cập. Phương pháp biến động mực nước cải biên (WFTM): Công thức (2-11) có nhược điểm không xét tới lượng mưa trong thời gian bổ cập, và không xét tới ảnh hưởng của sự suy giảm mức nước trong quá trình bổ cập. Trong thực tế, quá trình bổ cập có thể xảy ra trong chuỗi thời gian, do vậy, luận án phát triển công thức (2-11) thành công thức (2-12) như sau: 11
14. [(ℎ푡 − ℎ푡−1) + ( )∆푡] > 0 ′ [(ℎ푡 − ℎ푡−1) + ( )∆푡]푆 , 푛ế {∑푡>푡′>푡−훼 푃 푡 > 0 푅푡 = ℎ푡 0; khi đã có mưa trong một khoảng thời gian nhất định ( ) trước khi mực nước tăng lên; và mực nước không giảm với tốc độ lớn hơn tốc độ thoát nước trong thời gian . Ứng dụng phương pháp WTFM cần thông qua 2 bước: (1) Bước 1: Ước tính lượng tăng mực nước DH(tj) = (ℎ푡 − ℎ푡−1) + ( )∆푡 dựa trên sự chênh lệch giữa đỉnh của mực nước dâng và giá trị của đường cong suy giảm quá khứ ngoại suy tại thời điểm đỉnh. Các đường cong suy giảm là các vết dựa trên đường cong hạ thấp mực nước giếng theo đó không có được sự bổ cập. (2) Bước 2: Tính Sy. Sy=F-Sr, trong đó F là độ rỗng và Sr là lượng nước được giữ lại bởi đất đá trên một đơn vị thể tích của đất đá. Giá trị của Sy được xác định từ phòng thí nghiệm hoặc thực địa. 2.4.2.2 Sự vận động của nước ngầm Phương trình vi phân mô tả sự vận động của nước ngầm trong không gian ba chiều được thể hiện như sau:  h   h   h  h ()()()WKKKS (2-13) xxx  x  y yy  y  z zz  z s  t Trong đó: Kxx, Kyy , Kzz là các hệ số thấm theo phương x, y và z. Ss là hệ số nhả nước. h là cao độ mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t. W là mô đun dòng ngầm, hay là các giá trị bổ cập, giá trị thoát đi của nước dưới đất tính tại vị trí 12
15. (x,y,z) ở thời điểm t. W = W(x,y,z,t) là hàm số phụ thuộc thời gian và không gian (x,y,z). 2.4.2.3 Lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường rỗng Quá trình lan truyền vật chất trong môi trường rỗng được mô phỏng bằng phương trình sau: ()CCkk    kk (2-14) (.)( ).Dij vi C q s C s  R n t  xi  x j  x i Trong đó: : Độ rỗng hữu hiệu của môi trường [-]. Ck: Nồng độ dung dịch chất -3 dịch chuyển k, M.L . t: Thời gian, T. x, y: Khoảng cách dọc theo phương dịch 2 -1 chuyển, L. Dij: Hệ số phân tán thuỷ động lực, L .T . vi: Tốc độ thấm thực ; qs: - Lưu lượng nguồn chất dịch chuyển chảy qua 1 đơn vị thể tích tầng chứa nước, T 1 k -3 . C s: Nồng độ nguồn bổ sung chất dịch chuyển k, M.L . Rn : Lượng bổ sung hoặc suy giảm chất dịch chuyển do phản ứng hóa học, M. L-3 T-1. 2.4.2.4 Tóm tắt phương pháp giải Để giải các phương trình (2.13), (2.14) cần phải tìm các hàm số h(x,y,z,t) và C(x, y, z, t), thoả mãn các điều kiện biên và điều kiện ban đầu. Các phương trình trên là các phương trình vi phân phi tuyến nên việc tìm ra hàm h(x,y,z,t) và C(x,y,z,t) từ các phương trình trên thường rất khó khăn, ngoại trừ một số rất ít trường hợp đặc biệt đơn giản. Do vậy phương pháp sai phân hữu hạn thường được áp dụng. 2.5 Các bước tiến hành tính toán mô phỏng dòng chảy ngầm trước và sau khi có đập ngầm Để có thể lượng hóa được hiệu quả của đập ngầm, cần thực hiện các bước giải bài toán tích hợp nước mặt-nước ngầm bằng phương pháp mô hình hóa được trình bày trong Hình 2.4. Trong đó lượng nước bổ cập có thể được xác định theo 3 phương pháp đồng thời hoặc đơn lẻ. 2.5.1 Xây dựng mô hình số Các công việc cần làm khi xây dựng mô hình số gồm: Phân chia ô lưới và các lớp của mô hình; Nhập các bề mặt đẳng của bề mặt địa hình, đáy các lớp chứa nước và cách nước; Nhập các thông số ĐCTV, thông số dịch chuyển chất ô nhiễm 13
16. cho các lớp của mô hình; Xác định điều kiện biên (biên dòng chảy, biên dịch chuyến chất ô nhiễm) và nhập số liệu vào mô hình (loại biên, hình dáng, số liệu thông số trên biên); Lượng bổ cập, thoát do bốc hơi từ bề mặt nước dưới đất, nguồn bổ cập chất ô nhiễm; Các giếng khoan hút nước khai thác nước; Điều kiện ban đầu gồm bản đồ phân bố mực nước, bản đồ phân bố nồng độ của chất ô nhiễm. 2.5.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình được thực hiện bằng bài toán ngược và bài toán nghịch và được gọi chung là bài toán ngược chỉnh lý mô hình. Nội dung của bài toán ngược là xác định điều kiện ứng với trạng thái nào đó của đối tượng nghiên cứu khi biết trước giá trị của hàm thủy động lực, hoặc hàm phân bố vật chất. Nội dung của bài toán nghịch là tìm những đặc trưng vật lý của môi trường đối tượng mô hình hóa khi biết điều kiện biên và sự phân bố của hàm áp lực trong phạm vi miền mô hình hóa. Mô hình được hiệu chỉnh bằng bài toán ngược bao gồm bài toán ngược ổn định và bài toán ngược không ổn định. Có 3 loại sai số để đánh giá sự sai khác mực Phương pháp 1 (SWAT) Phương pháp 2 (RCH) Phương pháp 3 (WTFM) Sử dụng mô hình SWAT Đủ số liệu quan trắc mực (Xác định lượng bổ cập nước giữa nước từ các giếng quan từ nước mặt xuống nước trắc quan trắc và dưới đất) i=1 Tính toán giá trị lượng Giả thiết giá trị bổ cập Tính toán giá trị bổ cập mô hình là: nước bổ cập ban đầu ban đầu ban đầu sai số trung RCH Xác định lượng bổ cập bình (ME), sai số tuyệt MODFLOW i=i+1 đối trung Hiệu chỉnh, Chưa đạt bình kiểm định mô hình (MAE) và sai số trung Đạt bình quân Kết quả phương Hình 2.20 Sơ đồ khối giải bài toán tích hợp nước mặt-nước ngầm (RMS). 14
17. 2.5.3 Phân tích kết quả và mô phỏng các kịch bản Mô hình sau khi đã được chỉnh lý có thể dùng để mô phỏng các kịch bản. Bài toán này có thể tiến hành trong thời gian ngắn hoặc dài tùy theo mục tiêu đề ra. Đồng thời có thể chạy tiến hành song song nhiều kịch bản cho các: bài toán thủy động lực, tính toán cân bằng nước, tính toán lan truyền ô nhiễm tùy theo yêu cầu, mục tiêu đề ra . 2.6 Kết luận Chương 2 Trong Chương 2, các quan hệ giữa nước mưa, nước mặt và nước dưới đất dưới chịu ảnh hưởng của các điều kiện khai thác sử dụng, có mưa, không có mưa đã được tổng quát hóa cho điều kiện hải đảo nói chung. Luận án cũng đã thực hiện một thí nghiệm trong phòng để kiểm chứng về mặt định tính các khả năng của đập ngầm và kiểm tra tính phù hợp của việc áp dụng mô hình tính toán vào khu vực nghiên cứu. Luận án đã xác định rõ, trước khi tiến hành nghiên cứu khả thi xây dựng đập ngầm dưới đất, cần có những nghiên cứu cơ bản về điều kiện xây dựng, về sự thay đổi nguồn nước, chất lượng nước. Với những tài liệu ban đầu và dựa vào các điều kiện cần thiết này, ta hoàn toàn có thể xác định được sơ bộ vị trí xây dựng đập ngầm. Để đánh giá hiệu quả của đập ngầm cũng như chính xác hóa việc chọn tuyến, vị trí xây dựng, luận án cũng đã xây dựng ba tiêu chí đánh giá hiệu quả và xây dựng được phương pháp tổng quát giải bài toán tích hợp nước mặt, nước dưới đất và xâm nhập mặn. Luận án sử dụng kết hợp cả ba phương pháp xác định lượng bổ cập xuống tầng chứa nước dưới đất để tận dụng khả năng và độ chính xác của chuỗi dữ liệu và số liệu cơ sở hiện có. CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ TÀI NGUYÊN NƯỚC CHO ĐẢO PHÚ QUÝ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẬP NGẦM 3.1 Giới thiệu vùng nghiên cứu Vùng nghiên cứu được chọn là Đảo Phú Quý thuộc tỉnh Bình Thuận. Địa hình của đảo Phú Quý bao gồm núi đồi ở khu vực phía Bắc và đất bằng ở khu vực 15
18. phía Nam, độ cao giảm dần từ Bắc xuống Nam. Ở phía Bắc có núi Cấm cao 106m, núi Cao Cát cao 86m; ở phía Nam có đồi Ông Đụn cao 46-48m. Trung tâm đảo có những dãy đồi cao 20-30m bị ngăn cách bởi những dãy đất bằng cao 10-20m. Vùng rìa đảo là những dãy thềm cao từ 2 - 5m. Tổng lượng bốc hơi năm trung bình nhiều năm là 1.291mm. Tổng lượng mưa năm trung bình nhiều năm là 1.314mm. Chế độ mưa phân theo hai mùa khá rõ rệt. Mưa rơi xuống chảy tràn ra biển, không có sông suối, không có hồ chứa nước. Do cấu tạo địa hình nên trên đảo không có dòng chảy mặt thường xuyên. Dòng chảy mặt chỉ tồn tại từ 1 đến 2 giờ sau những trận mưa lớn. Hiện nay nước dưới đất là nguồn cấp nước chính cho toàn đảo. 3.2 Sự phù hợp của giải pháp đập ngầm với đảo Phú Quý Dựa vào các cơ sở lý luận và thực tiễn về các điều kiện cần thiết khi tiến hành xây dựng đập ngầm trong Chương 2 và áp dụng cụ thể cho khu vực nghiên cứu ta thấy việc xây dựng đập trên đảo là hoàn toàn phù hợp. Cụ thể như sau: 3.2.1 Điều kiện về địa chất Hình 3.5 Địa tầng và cấu trúc giếng khoan PQII-1A 16
19. Theo mô tả địa tầng lỗ khoan (Hình 3.5) và trên mặt cắt tại các giếng đào, giếng khoan thăm dò cho thấy, tầng trên cùng là lớp cát hạt mịn màu nâu, chiều sâu đáy của lớp trầm tích này biến đổi từ 4 đến 5,5m. Tiếp theo là lớp đã bazan màu nâu đỏ vỡ vụn và phong hóa mạnh, chiều dày khoảng 0,5m. Bên dưới là lớp sét màu xám nâu trạng thái dẻo cứng khả năng chứa nước kém, chiều dày trung bình 1,5 đến 2 m. Như vậy, nếu xây dựng đập ngầm có chân cắm vào tầng đất sét để thu nước ở tầng cát đá bở rời này sẽ rất phù hợp. 3.2.2 Điều kiện về địa chất thủy văn Tầng chứa nước chính để cấp nước cho đảo chủ yếu là tầng chứa nước Holocen (qh) (chiếm hơn 50% diện tích đảo) thường gặp ở chiều sâu khai thác 5,8m. 3.2.3 Lựa chọn sơ bộ vị trí dự kiến xây dựng đập ngầm Từ bản đồ các giếng khai thác, cho thấy các giếng phần lớn nằm phía rìa Tây Nam của đảo nơi có dòng chảy ngầm tập trung có xu thế thoát ra biển. Do vậy nếu xây dựng đập tại các vị trí này thì hiệu quả trữ nước sẽ rất cao. Tầng chứa nước Holocen có chiều sâu khai thác hợp lý, khu vực giàu nước của tầng Holocen cũng chủ yếu ở phần ven rìa đảo còn vùng nghèo nước ở giữa đảo. 3.3 Thiết lập mô hình số tính toán hiệu quả của đập ngầm đảo Phú Quý 3.3.1 Tài liệu cơ bản Các tài liệu sau đây đã được tiến hành thu thập bao gồm các nhóm dữ liệu về địa chất, địa chất thủy văn và hiện trạng khai thác nước dưới đất, địa hình, thổ nhưỡng, hiện trạng sử dụng đất; dữ liệu về địa chất bao gồm các mặt cắt dọc và ngang đảo, địa chất các lỗ khoan, địa chất thủy văn, sơ đồ, vị trí và lưu lượng các giếng khoan khai thác và quan trắc; tài liệu khí tượng, thủy văn, hải văn, v.v kế hoach khai thác sử dụng nước; Các số liệu quan trắc tại các giếng khoan quan trắc. Nguồn cung cấp các số liệu, dữ liệu, tài liệu chủ yếu là Cục quản lý Tài nguyên nước- Bộ Tài nguyên và Môi trường nên độ tin cậy cao. 3.3.2 Thiết lập mô hình Phần mềm để xây dựng mô hình số là MODFLOW. Hệ cao độ sử dụng là hệ cao độ chuẩn quốc gia. Vùng tính toán bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu và được 17
20. phân chia thành các ô lưới 3D. Trên mặt bằng: mô hình được phân chia thành 12.480 ô lưới, kích thước mỗi ô lưới là x= y=50m. Theo phương đứng tầng chứa nước chia thành 4 lớp chính. Lớp 1 là tầng chứa nước lỗ hổng qh với chiều dày trung bình 5,25m; Lớp 0 là lớp đất sét, dày trung bình ~1,5 m; Lớp 3 mô phỏng tầng chứa nước khe nứt dày trung bình 32 m; Lớp 4 mô phỏng tầng chứa nước lỗ hổng qp1 với chiều sâu đáy tầng có cao độ đáy khoảng -68 m đến -110m. Thông số địa chất thủy văn: gồm hệ số thấm, hệ số nhả nước. Các giếng khai thác nước: 210 công trình có tọa độ vị trí và lưu lượng khai thác cụ thể. 3.3.3 Điều kiện biên Mưa là nguồn hình thành trữ lượng nước dưới đất duy nhất trên đảo. Lượng mưa ngày trên đảo là chuỗi số liệu thực đo đã thu thập tại trạm khí tượng Phú Quý với liệt số liệu quan trắc từ 1995 - 2011. Lượng bốc hơi được tính theo tỷ lệ % lượng bốc hơi trung bình năm (mm/năm) và xảy ra chủ yếu từ bề mặt của lớp trên cùng. Mực nước biển trung bình ngày trong chuỗi số liệu từ năm 1995-2011 tại trạm Phú Quý. 3.3.4 Điều kiện ban đầu và thời đoạn tính toán Bản đồ đẳng cao độ mực nước các tầng chứa nước thời điểm tháng 1/1995 được sử dụng là điều kiện ban đầu. Thời đoạn tính toán của mô hình là từ 1995 đến 2011 và từ 2012 đến 2020. Bước thời gian tính toán được chọn là t = 1 ngày. 3.4 Xác định lượng nước bổ cập Phương pháp sử dụng mô hình SWAT Kết quả sơ bộ của mô hình SWAT là lượng thấm (Wseep) được sử dụng là các giá trị ban đầu của mô hình MODFLOW và các giá trị thấm này sẽ được chính xác hóa thông qua bước thử sai (trial & error). Kết quả lượng nước mặt bổ cập Hình 3.211 Lượng nước bổ cập tính xuống nước dưới đất của tháng 4 được toán 18
21. thể hiện ở Hình 3.21. Các giá trị bổ cập này được sử dụng như các giá trị ban đầu trong mô đun Recharge -RCH dưới đây. Phương pháp sử dụng mô đun RCH (Recharge) của MODFLOW Với mô đun RCH, lượng nước bổ cập từ mặt đất được tính theo tỷ lệ % lượng mưa rơi trên bề mặt đất. Phân vùng lượng bổ cập theo Hình 3.22. Lượng nước bổ cập ở mỗi vùng được ước tính theo tỷ lệ % lượng mưa ngày ở khu vực. Nơi có tính thấm càng lớn thì % lượng bổ cập càng cao. Những nơi có tính thấm nhỏ (như đường giao thông, bê tông ) thì tỷ lệ % thấm càng nhỏ. Các giá trị tỷ lệ % lượng mưa ngày sẽ được chính xác hóa thông Hình 3.22 Mô phỏng lượng nước bổ qua việc thử sai (trial and error) khi hiệu cập chỉnh và kiểm định mô hình MODFLOW. Phương pháp biến động mực nước (WTFM) Sử dụng công thức (2-12) kể trên để xác định lượng bổ cập được tính bằng sự gia tăng mực nước nhân với hệ số nhả nước, với điều kiện: sự thay đổi mực nước cộng với lượng nước thoát trong khoảng thời gian xem xét cần lớn hơn 0; khi đã có mưa trong một khoảng thời gian nhất định ( ) trước khi mực nước tăng lên; và mực nước không giảm với tốc độ lớn hơn tốc độ thoát nước trong thời gian . Phương pháp này sử dụng với yêu cầu số liệu quan trắc mực nước dưới đất tương đối đầy đủ, chuỗi số liệu đủ dài và tin cậy. 3.4.1 Kết quả tính toán lượng nước bổ cập Lượng bổ cập cho nước ngầm được tính toán từ việc kết hợp các phương pháp sau khi đã được chính xác hóa thông qua việc hiệu chỉnh, kiểm định bằng mô hình MODFLOW được mô tả ở Hình 3.25. 19
22. 3.4.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Số liệu năm 2005 quan trắc mực nước dưới đất tại khu vực đảo Phú Quý được sử dụng, trong đó chuỗi số liệu tháng 1 - 6 dùng để hiệu chỉnh, chuỗi số liệu tháng 7 - 12 dùng để kiểm định mô hình. Sai số khi kiểm định mô hình: - Sai số mực nước tr ung bình (Mean Error): -0,018 Hình 3.25 Lượng nước bổ cập xuống các vùng m. - Sai số trung bình tuyệt đối (Mean Abs. Error): 0,45 m. - Sai số trung bình quân phương (Root Mean Sq. Error): 0,05 m (Hình 3.26). Nhìn chung kết quả chỉnh lý mô hình có thể chấp nhận được. Kết quả khôi phục mực nước trên mô hình cho thấy quy luật biến đổi mực Hình 3.26 So sánh mực nước quan trắc và nước trong các tầng chứa nước mực nước tính toán tháng 10/2005 (kiểm theo không gian và thời gian cho định) thấy hoàn toàn phù hợp với các quy luật thực tế. 3.5 Tính toán mô phỏng kịch bản khi chưa có đập Bản đồ đẳng cao độ mực nước các tầng chứa nước các các lớp 1 (Phụ lục 6.7): tại khu vực phía đông bắc và phía đông của đảo, các đường đẳng cao độ mực nước nhìn chung ít có sự thay đổi giữa mùa khô và mùa mưa; mùa khô cao độ 20
23. mực nước dưới đất lớp 1 trong khoảng 0,5 - 1m và đều thấp hơn MNB, nhưng vào mùa mưa cao độ mực nước nằm trong khoảng 3 - 5m cao hơn MNB. Phụ lục 6.7 Bản đồ đẳng cao độ mực nước lớp 1 tháng 4/2005 và 11/2010 * Diễn biến quá trình xâm nhậ p mặn Luận án sử dụng mô hình SEAWAT có các cấu trúc dữ liệu giống như mô hình MODFLOW để tính toán mô phỏng xâm nhập mặn. Để đánh giá quá trình xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước sử dụng bản đồ đẳng TDS ở các thời điểm mùa khô. a) Tháng 4 năm 2005 b) Tháng 2 năm 2020 Hình 3.38 Bản đồ phân bố TDS tầng chứa nước qp1 các thời điểm mùa khô 21
24. Khu vực phía Tây có sự biến đổi lớn, cụ thể tại khu vực khu quân sự tại núi Cấm biên mặn có xu hướng lùi dần ra phía biển, khu vực sân bay quân sự và chợ An Phú ranh giới mặn xâm nhập sâu vào trong đất đất liền khoảng 300 - 400 m so với thời điểm năm 2005. 3.6 Tính toán mô phỏng kịch bản khi có đập ngầm a) Khả năng dâng cao mực nước dưới đất khi xây dựng đập ngầm a) Khi chưa có đập b) Khi có đập Hình 3.42 Bản đồ đẳng cao độ mực nước, tháng 2 năm 2020 a) Khi chưa có đập b) Khi có đập Hình 3.43 Bản đồ đẳng cao độ mực nước, tháng 10 năm 2020 22
25. Vào mùa khô, Hình 3.42 cho thấy cao độ mực nước tại đỉnh phân thủy trường hợp đập sâu 5m lớn hơn nhiều so với trường hợp lúc chưa có đập. Vào mùa mưa (Hình 3.43) cao độ mực nước lớn nhất tại đỉnh phân thủy trường hợp chưa có đập là 9m; đập sâu 5m là 11m (chênh lệch so với lúc chưa có đập là 2m). b) Khả năng gia tăng trữ lượng nước dưới đất khi có đập Kết quả tính toán cân bằng nước cho thấy đường bổ cập nước dưới đất đều nằm trên đường lượng thoát ra biển. Đồng thời các đường lượng nước thoát ra biển trường hợp khi chưa có đập nằm trên đường khi có đập sâu 5m. Khi xây dựng đập ngầm, đập sẽ ngăn chặn sự xâm nhập của nước biển vào trong đảo. c) Khả năng gia tăng thể tích nước nhạt So với lúc chưa có đập thì dung tích nước nhạt tăng thêm khi xây dựng đập ngầm dài 6 km và sâu trung bình 5 m là 5,9 triệu m3/năm (Hình 3.45). Trung bình trên 1 km chiều dài đập thì hiệu quả gia tăng lượng nước nhạt đối với đập sâu trung bình 5m là 1.18 triệu m3/km/năm. Khi chưa có đập Khi đã có đập Hình 3.45 Xâm nhập mặn a) khi chưa có đập và b) khi có đập sâu 5m KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những nội dung chính đã được thực hiện trong luận án Luận án đã tổng quan được tình hình áp dụng giải pháp đập ngầm trên thế giới và ở Việt Nam, đánh giá được đặc tính của đập ngầm và những yếu tố cần và đủ 23
26. để xây dựng đập. Đập ngầm chủ yếu được xây dựng trong những năm 70s, 80s, 90s của thế kỷ trước, khi đó công cụ tính toán và máy tính chưa phát triển. Ở Việt Nam chưa có hồ chứa nước ngầm nào được xây dựng nên chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về tính toán khi xây dựng đập ngầm. Do vậy, việc thực hiện nghiên cứu như đã đặt ra là mới và mang tính khoa học và thực tiễn cao. Mối quan hệ giữa mưa, bốc hơi, lượng nước khai thác, nước mặt, nước dưới đất và nước biển đã được phân tích trong Chương 2. Luận án cũng đã thực hiện một thí nghiệm trong phòng để kiểm chứng về mặt định tính các khả năng của đập ngầm. Luận án cũng đã xây dựng được các điều kiện cần thiết để có thể ứng dụng giải pháp xây dựng đập ngầm. Để đánh giá hiệu quả của đập ngầm cũng như chính xác hóa việc chọn tuyến, luận án cũng đã xây dựng ba tiêu chí đánh giá hiệu quả và xây dựng được phương pháp tổng quát giải bài toán tích hợp nước mặt, nước dưới đất và xâm nhập mặn. Chương 3 đi sâu phân tích chọn vị trí xây dựng và lượng hóa hiệu quả của đập ngầm dựa trên việc giải bài toán tích hợp nước mặt-nước ngầm cho đảo Phú Quý. Mô hình sau khi được kiểm định đã được sử dụng để mô phỏng các kịch bản chưa có đập, có đập, có xét tới biến đổi khí hậu, từ đó giúp đánh giá hiệu quả của việc xây dựng đập ngầm. 2. Hướng phát triển và kiến nghị Kết quả nghiên cứu của luận án mới chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu, phân tích diễn biến dòng chảy nước dưới đất trước và sau khi có đập ngầm. Luận án chưa có đánh giá các biện pháp phát triển nguồn nước dưới đất khác để có thể thể hiện được ưu thế của phương án gia tăng trữ lượng nước ngọt dưới đất bằng phương pháp sử dụng đập ngầm. Ngoài ra, luận án cũng chưa nghiên cứu đến việc đánh giá ảnh hưởng của công nghệ, vật liệu xây dựng đập ngầm và giải pháp thi công. Do đó, trong những giai đoạn tiếp theo cần phải có những nghiên cứu, đánh giá về các vấn đề này để làm rõ hơn và có thể đề xuất xây dựng thí điểm đập ngầm kết hợp quan trắc thực tế tại một số địa phương vùng ven biển để từ đó nhân rộng giải pháp đập ngầm mới này. 24
27. DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1) Bài báo trên SCOPUS: Nguyen Cao Don, Nguyen Dinh Thanh and Nguyen Thi Minh Hang (2016). Groundwater development and effectiveness of subsurface dams in islands and coastal lowlands, International Journal of Ecology & Development, ISSN 0972-9984, Page 27-33. 2) Nguyễn Đình Thanh, Nguyễn Cao Đơn (2016), Động thái và biện pháp ngăn giữ nước ngầm khu vực đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận, tháng 6 năm 2016, Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường, ISSN 0866- 7608, Trang 3-9. 3) Nguyen Dinh Thanh, Nguyen Cao Don. Dynamics of groundwater flow in Phu Quy island, Viet Nam. Proceeding of the IAHR-APD 2014 Viet Nam, Sept 2014, ISBN 978604821338-1. 4) Nguyễn Đình Thanh, Nguyễn Cao Đơn (2014), Đánh giá ảnh hưởng của đập ngầm đến tài nguyên nước đảo Phú Quý, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, Bộ Khoa học và Công nghệ (Trước đây là Tạp chí Hoạt động Công nghệ), số 19 năm 2014 (686), ISBN 1859-4794 Trang 45-49,